通口河流域梯級水電站優化調度運行探討

北川巴蜀通口河流域電力開發有限責任公司 陳軍

1 概況

通口河水電廠總裝機65.0MW（其中通口電站2×22.5MW，香水電站2×10.0MW），兩站多年平均發電量3.2億 KW.h。

通口電站位于四川省北川縣通口鎮上游2.3 km處，左岸屬江油市，右岸屬北川縣，電站距北川新縣城約46.0km，距江油市區約24.0km，是涪江一級支流通口河干流設計規劃的七個梯級水電站的第五級。電站于2002年9月動工建設，2004年8月并網發電投入商業運行。通口電站工程由碾壓混凝土重力壩、右岸引水系統、地面廠房和升壓站等建筑物組成。水庫正常蓄水位598.0m，總庫容3610.0萬m3，調節庫容97.0萬m3，設計具有日調節性能。

香水電站位于涪江一級支流通口河下游的江油市香水鄉境內，距上游通口電站11.6km，距江油市區23.0 km，是通口河干流設計規劃的七個梯級水電站的第六級。電站于1996年11月動工建設，1999年1月兩臺機組并網發電投入商業運行。香水電站工程由碾壓混凝土重力壩、右岸引水系統、地面廠房和升壓站等建筑物組成。水庫正常蓄水位546.70m，總庫容810.0萬m3，調節庫容84.0萬m3，具有日調節性能。

前期兩電站由同一公司下分別獨立經營的子公司管理，在電站水庫調度方面存在互相不適應和不配合的狀況，后期企業為提高經濟效益，提質增效，實施人力資源管理整合，形成一個電廠管理兩個梯級水電站的運營管理模式。

2 優化調度的重要性

水電是電力系統的重要組成部分，一方面水電可在電網中通過承擔調峰、調頻和事故備用發揮其容量效益，另一方面又替代火電電能發揮其環保效益。這些效益的發揮好壞與水電站及其水庫的合理調度方式緊密相關。當系統中的水庫群進行聯合調度運行時，可獲得徑流補償和庫容補償效益，這對提高流域梯級水電站運行的安全可靠性和經濟性都是十分有利的。

水庫調度是根據水庫所承擔的水力發電任務的主次和規定的運行原則，憑借水庫的調蓄能力，在保證大壩樞紐等水工建筑安全的前提下，對水庫的入庫流量過程進行調節，確保大壩及下游防洪安全、多發電能，提高綜合利用效能的一種控制技術，它是水電站及其水庫運行計劃的制定和實施的核心問題。

水電站及其水庫優化調度的目的就是根據水庫的入流過程及綜合利用要求，采用最優化方法，制定并實現水電站及其水庫的最優運行調度方式，以獲得盡可能大的運行效益，使水庫及其水電站的設備能力得到充分發揮，使水能資源得到充分合理的利用。

通口河水電廠兩梯級水電站均有日調節水庫，通口站庫容為3610.0萬m3，香水站庫容為810.0萬m3，實施兩站的優化調度，將會給企業帶來巨大的經濟效益。同時也為電網調頻、調峰，水庫防洪度汛，提高電力系統的安全穩定性發揮積極的作用。

3 庫調度的特點

水庫調度過程中有自己獨特的地方，主要表現在以下方面：

河流水資源的利用通常涉及到防洪、灌溉、通航、漁業養殖、工業用水、生活用水等相關許多社會部門，他們對水資源和水能的利用和保護都有各自的要求，這些要求不可能都得到滿足。在水庫的開發和調度過程中，必須從社會整體效益出發，處理好各部門、各方面的矛盾，協調相互的厲害關系，分工協作，進行統一安排。

由于影響水庫調度工作的河川徑流、網調負荷及各部門的用水信息等都具有很大的隨機性，因而，水電站的發電工作必然受到諸多限制，嚴重時甚至會對水庫安全運行造成影響。其中，河川徑流的影響尤其顯著。

首先，不同年份間有豐水年和枯水年之分，年年都有遭遇特大洪水和特枯來水的可能性；其次，即便是相同年份，雖然徑流會表現出一定的季節性，但是延遲或提前的季節徑流情況時有發生，給水庫運行調度工作帶來不少困難；再次，短期內（日、月、旬及各時刻）內徑流的變化隨機性很強，更加難以預測。水電站和水庫調度的目的就是要盡量減少各種風險，使其影響損失降至最低，同時獲取盡可能大的綜合效益，更好的滿足電力和其他相關部門的需求。

水電資源憑借其清潔性和可再生性被世界各國紛紛作為最優開發能源，而且水電站一旦建成，其運行成本變化不大，因而在水電站及其水庫調度過程中，應該盡可能的多發電，發最合理的電，借以替代其他燃料的損耗，減少環境污染，節約社會成本。

水電站機組和相應的水電工程設備都具有啟停迅速、方便快捷的特點，這有利于水電站擔任電力系統調峰、調頻及事故備用的責任。同時，水電站建設周期長，人類積累了不少防洪度汛、合理調度的先進經驗，再加上現代自動化控制手段的應用，這些都給水電站及其水庫調度工作帶來了機動靈活性。

水庫及其電站是電力系統的一個成員，同時它又和社會多個用水、治水部門有千絲萬縷的聯系，這就決定了其調度運行技術的復雜性。水電站及其水庫調節需要人們不僅要掌握工程技術中很多學科的知識，又要懂得自然科學、社會科學相關的知識。這些知識涉及到優化技術、控制理論、數學和計算機技術以及水文生態，工農業、經濟管理、機電一體化和通訊等諸多學科和部門，這給人類對水庫的進一步開發利用提出了更高的要求。

4 合理優化提高水能利用率

4.1 合理提高水能利用率途徑

水能利用率(%)=[水電站年發電量(千瓦時)×3600]/[水庫年來水總量(立方米)×水庫設計水頭(米)×9.81]。實施途徑主要有：充分利用河道天然徑流量，減少棄水，在保證水庫防洪安全的前提下增加調節庫容的流量；充分利用水庫的落差減少水頭損失；減少機電設備運行過程中的能量損失。

通口河水電站為了充分利用河道天然徑流量減少棄水，采用天氣預報調度法，根據降雨徑流預報或者氣象臺的中短期降雨預報，汛前提前加大出力，降低庫區水位，從而增加防洪庫容；在汛末或者洪水消退階段，停止或者減少泄流，抬高機組運行水頭，充分利用水庫的落差減少水頭損失，增加水庫蓄水量和供水期發電量。這種方法受天氣預報水平和精度的影響較大。

采用分期抬高汛限水位辦法，減少棄水、充分利用河道的天然徑流量的有效措施，起到減少水頭損失的效果。通常，水庫防汛根據水文氣象特征將汛期劃分為訊前期、主汛期及訊后期幾個階段，不同的階段設計不同的汛限水位，逐步將水庫水位由主汛期的較低水位抬高至水庫正常運行水位，可達到增加蓄滿庫容的概率。相對于汛限水位不分期，效益明顯，但防汛風險有所增加。

4.2 提高水輪發電機組效率

電站經濟運行方式是以減少機電設備的能量損失為目標，根據機組的運行特性，優選效率高、耗水率低的機組運行，從而提高水能利用率。因為水輪發電機出力等于9.81乘以流量乘以水頭再乘以機組效率，所以在流量不變的情況下，要增加水輪發電機的出力只有提高水頭和增加效率。為提高水輪機的效率，就要減少水流在過流通道內的能量損失，使水輪機保持無撞擊進水和徑向出水。電站采用軸流轉漿式機組漿葉可調節的優勢，優化水輪機導葉和漿葉協聯曲線參數，根據庫區水位水頭的變化及時調整發電機組導葉及漿葉角度，從而提高水輪發電機組運行效率。

5 通過合理調度，提高上網電價

5.1 峰谷分時電價概述

峰谷分時電價是指根據用戶需求和電網在不同時段的實際負荷情況，將每天的時間劃分為高峰、平段、低谷三個時段或者高峰、低谷兩個時段，對各時段分別制定不同的電價標準，以鼓勵用戶和發電企業削峰填谷，提高電能資源的利用效率。

實行峰谷分時電價，有利于調動用戶削峰填谷和轉移用電負荷，降低峰谷時段的負荷差，提高系統設備容量的利用效率和節約能源。對社會而言，降低高峰時段負荷、峰谷比減小，有利于減少系統裝機容量和電網的建設，從而減少或延緩電力投資，提高社會經濟效益；對電網而言，可以降低電網的投資成本和運行成本，保障電網的安全穩定運行；對電力用戶而言，將會在高峰時段少用電、低谷時段多用電，有利于降低用電成本；對電廠，可以降低由于調峰而增加的調峰成本費用，合理調度水庫運行水位。

5.2 采取積極措施，提高上網電價

通口河水電廠管理的通口水電站執行上網均價政策，即峰、平、谷時段都是統一電價。香水站執行峰枯、峰谷上網電價政策，豐水期電價低于枯水期電價，峰段電價高于谷段電價。為盡量多發高價電量，生產運行過程中應加強與調度和上下游電站的溝通和聯系，在來水同樣多的情況下盡可能多發高價電量，提高上網平均電價。通過提高水庫水位，增加機組運行水頭，保證機組出力多發電來提高經濟收入，同時要配合香水站調峰的需要，適當拉開電量低高比。在峰水期上游來水較大的情況下，提前向香水站庫區注入適當流量，確保兩站都能機組滿負荷運行。

6 通過優化合理調度，確保安全度汛

6.1 通口河流域概況

水庫控制流域面積為3989平方公里。通口河是涪江右岸一級支流，干流全長186.0km，流域面積4346km2，流域地形復雜，高差懸殊，氣候差異較大，流域上游及海拔2500m以上地方為冬干寒冷氣候區，冬季有降雨和結冰，年降雨量600～900mm左右，流域中下游屬熱帶溫潤季風氣候，終年溫暖，雨量充沛，年降雨量在1100mm以上。通口河洪水由暴雨形成，流域中上游地處龍門山暴雨區，暴雨中心多出現在治城一帶。洪水的季節變化與暴雨同步，主汛期為6～9月，年最大流量多發生在7、8兩月。洪水有陡漲陡落的特點，洪水過程曲線多為單峰型，歷時3～5日。

6.2 水庫工程基本情況

通口站水庫工程特征表：

名稱 單位 參數大壩以上控制流域面積 km2 3989.0多年平均降雨量 mm 2105.7設計洪水位（P=3.33%） m 596.31校核洪水位（P=0.5%） m 601.01正常蓄水位 m 598.0設計洪峰量（P=3.33%） m/s 6240.0校核洪峰流量(P=0.5%) m3/s 9700.0總庫容 萬m3 3610.0正常蓄水位庫容 萬m3 3361.0日調節庫容 萬m3 97.0

香水站水庫工程特征表：

運行方式集雨面積 (km2)最大 810.0 546.20 764.0 717.0 8480.0 4130.0最小 764.0 545.70 680.0 680.0 8.0總庫容(萬 m3)死水位(m)有效庫容(萬 m3)死庫容(萬 m3)泄流量(m3/s)

7 合理制定發電計劃降低生產成本

7.1 合理制定階段發電計劃

主要是對來水流量的分析。如當預報上游出現一個較大流量、而實際來水量小于預報的流量時，按預報來水量安排運行方式，可能造成水位下降很快，甚至不能保證機組的連續出力，使發電受到影響。相反，如果預報來水量小而實際來水量大時，可能造成水位上升很快，甚至提閘放水而造成大量棄水。

因此，為了充分合理地利用來水流量，并考慮防洪、調水、灌溉、發電之間的協調，盡可能實現優化運行，應根據水情預報系統和對上游下泄流量、負荷情況、實際水位等因素進行綜合分析，對有限的可調庫容實行動態調度。根據水庫中期來水預報和發電設備情況，科學制定階段電量計劃；通過加強與水調、電調的聯系，積極解決好外部影響因素，并努力結合電站自身實際，做到全年少棄水而最大限度利用通口河水資源，為企業創造良好的發電效益。

7.2 優化階段電量計劃

枯水期：由于氣候原因，11月至翌年4月為通口河枯水期。電站主要以保持高水頭多發峰段電量為主，平段和低谷時段盡量蓄水。

豐水期：每年5月至10月為通口河豐水期，也是發電的黃金季節，兩站要充分利用這一時節多發電量，為完成全年的發電目標打下堅實的基礎。

7.3 優化廠內經濟運行方式，確保運行經濟性

7.4 優化機組運行方式，降低生產成本

由于通口站1#機組在運行中出現了振動、擺度超標、轉輪輕度裂紋等問題。在2013年電站委托有關科研單位就機組在不同水頭、不同負荷情況下進行整機綜合測試并更換了轉輪。在運行過程中，嚴格避開振動區運行或盡量減少在振動區域運行時間，延長機組大修周期和使用壽命，降低生產成本，確保機組以較經濟狀態運行。

7.5 優化水庫調度方式，降低發電耗水率

在服從調度、保證防汛安全的前提下，分時段采用不同的汛期限制水位，盡量保持較高水庫運行水位的辦法，降低機組發電耗水率，提高發電經濟效益。

8 結語

綜上所述，實施通口河流域梯級水電站聯合優化調度，是增加企業經濟效益必不可少的一項重要工作。做好流域梯級電站聯合優化調度的研究與探索，需要我們經過長期不懈的努力去總結生產運行經驗及優化電站水庫調度運行方式去逐步實現，才能充分發揮流域梯級電站優化調度與調節的作用，保證上下游水電站發電機組的安全、穩定、經濟運行，打下堅實的基礎。